科學家揭示黑洞吸積磁場奧秘

　　記者從中國科學院高能物理研究所獲悉：利用我國首顆空間X射線天文衛(wèi)星“慧眼”的觀測數(shù)據(jù)，并聯(lián)合地面射電和光學望遠鏡觀測，中外科研合作團隊發(fā)現(xiàn)了黑洞周圍磁囚禁盤形成過程的直接觀測證據(jù)。

　　該成果由武漢大學、浙江大學、中國科學院上海天文臺、中國科學院高能物理研究所、南京大學、中國科學技術(shù)大學、法國斯特拉斯堡天文臺、波蘭理論物理中心等共同完成。相關(guān)研究論文日前以長文形式發(fā)表在《科學》雜志。

　　黑洞捕獲氣體的物理過程被稱為“吸積”，這種落向黑洞的氣體則被稱為吸積流，其處在等離子體狀態(tài)。而吸積流中的粘滯過程能產(chǎn)生多波段輻射，被地面、空間望遠鏡所觀測到，通過對氣體的吸積，黑洞間接彰顯了自己的存在。

　　2019年，“事件視界望遠鏡”（EHT）合作組織發(fā)布了人類歷史上第一張黑洞照片（M87），揭開了我們能“看到”的黑洞及其周圍環(huán)境的神秘面紗。然而，在黑洞周圍同樣存在著“看不到”的磁場。黑洞在吸積氣體的同時，也會向內(nèi)拖曳磁場。理論認為，隨著吸積氣體將外部弱磁場持續(xù)帶入，吸積流內(nèi)區(qū)磁場會逐漸增強。相應(yīng)地，磁場對吸積流的向外磁力作用也將逐漸增強，并最終與黑洞的向內(nèi)引力相抗衡。此時吸積物質(zhì)便被磁場所囚禁，無法自由、快速地掉入黑洞視界面，即形成磁囚禁盤。磁囚禁盤理論模型已發(fā)展得非常成熟，成功解釋了黑洞吸積系統(tǒng)的許多復雜觀測現(xiàn)象，但科學家一直沒能取得磁囚禁盤存在的直接觀測證據(jù)，磁囚禁盤是如何形成的更是一個未解之謎。

　　我國科研團隊利用對黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發(fā)時的多波段觀測數(shù)據(jù)，觀測到前所未見的長時標延遲現(xiàn)象。噴流的射電輻射和吸積流外區(qū)的光學輻射，分別滯后于吸積流內(nèi)區(qū)高溫氣體的硬X射線約8天和約17天。吸積盤外區(qū)弱磁場被黑洞周圍熱吸積流帶入而增強，吸積流徑向尺度越大，磁場增強越明顯，科研團隊分析X射線觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，硬X射線輻射隨吸積率減小而下降，而熱吸積流徑向尺度隨吸積率下降而快速膨脹，使得黑洞附近磁場迅速增強，因而在硬X射線輻射峰值之后約8天形成磁囚禁盤。

　　這項工作第一次揭示了吸積流中的磁場輸運過程，以及黑洞附近熱吸積流中形成磁囚禁盤的完整過程。（記者 吳月輝）